关于C#程序的单元测试

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Dijkstra求解单源最短路径

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志铭-2020年1月23日 11:49:41

1.单元测试概念

  • 什么是单元测试？

    单元测试（unit testing）是一段自动化的代码，用来调用被测试的方法或类，而后验证基于该方法或类的逻辑行为的一些假设。

    简而言之说：单元测试是一段代码（通常一个方法）调用另外一段代码，随后检验一些假设的正确性。

    在过程化编程中，一个单元就是单个程序、函数、过程等；

    对于面向对象编程，最小单元就是方法，包括基类（超类）、抽象类、或者派生类（子类）中的方法。

  • 为什么要单元测试？

    单元测试的目标是隔离程序部件并证明这些单个部件是正确的。单元测试在软件开发过程的早期就能发现问题。

    在代码重构或是修改的时候，可以根据单元测试快速验证新修改的代码的正确性，换句话说为了方便系统的后期维护升级！

    单元测试某种程度上相当于系统的文档。借助于查看单元测试提供的功能和单元测试中如何使用程序单元，开发人员可以直观的理解程序单元的基础API，即提高了代码的可读性！

    若是开发流程按照测试驱动开发则先行编写的单元测试案例就相当于：软件工程瀑布模式中第二阶段——设计阶段的文档
    使用测试驱动开发，可以避免实际开发中编程人员不完全按照文档规范，因为是基于单元测试设计方法，开发人员不遵循设计要求的解决方案永远不会通过测试。

  • 什么时候需要单元测试?

    “单元测试通常被认为是编码阶段的附属工作。可以在编码开始之前或源代码生成之后进行单元测试的设计。”——《软件工程：实践者的研究方法》

    对于需要长期维护的项目，单元测试可以说是必须的

    通常来说，程序员每修改一次程序就会进行最少一次单元测试，在编写程序的过程中前后很可能要进行多次单元测试，以保证没有程序错误；虽然单元测试不是必须的，但也不坏，这牵涉到项目管理的政策决定。

  • 单元测试谁来编写？

    不需要专门的软件测试人员编写测试案例，单元测试通常由软件开发人员编写。

    也正式因为是开发人员自己写单元测试部分，也可以让开发者仔细的思考自己方法和接口是否可以更加便于调用

  • 单元测试局限性

    不能发现集成错误、性能问题、或者其他系统级别的问题。单元测试结合其他软件测试活动更为有效。

  • 单元测试框架

    通常在没有特定框架支持下，自行创建一个项目作为单元测试项目完全是可行的。
    使用单元测试框架，同时配合编辑器VS，编写单元测试相对来说会简单许多。
    .NET下的单元测试框架：MSTest、NUnit

2.单元测试的原则

根本原则：

  • Automatic(自动化)
    单元测试应该是全自动执行的，并且非交互式的
  • Independent
    单元测试方法的执行顺序无关紧要
    单元测试的各个方法之间不应该相互依赖
  • Repeatable
    功能代码不改的前提下，相同的测试代码多次运行，应该得到相同的结果
  • Self-validating
    单元测试方法只有两个可能的运行结果：通过或失败，没有第三种情况。

其他一些规范：

  • 最理想的情况下，应该尽量多写测试用例，以保证代码功能的正确性符合预期，具有良好的容错性。如果代码较复杂，条件分支较多，测试用例最好能覆盖所有的分支路径。

  • 实际开发中，没有必要对每一个函数都进行单元测试。但是若是一个比较独立的功能（当然也可能这个功能就一个函数），应该对这个功能进行比较详尽的测试。

  • 单元测试的基本目标:语句覆盖率达到 70%;核心模块的语句覆盖率和分支覆盖率都要达到 100%。

  • 注意一个类中可能有许多方法，我们不是要把所有的方法的单元测试都写完，在去实现代码，而是写完一个单元测试，就去实现一个方法，是一种快速的迭代

  • 不测试私有方法，因为私有方法不被外部调用，测试意义不大，而且你非要测试，那就要使用反射，比较麻烦。

  • 一个测试只测试一个功能

3.单元测试简单示例

3.1一个简单的手写单元测试实例

为了简洁明了的说明什么是单元测试，首先不使用单元测试框架，自行编写单元测试项目

比如说新建了一个类Calculator用于对数据的计算，

如下只是随便的的写了个方法，方便理解：

public class Calculator
{
    //求一个数的二倍
    public int DoubleValue(int i)
    {
        return i * 2;
    }
}

新建了Calculator类之后，我们编写单元测试代码对该类中方法进行单元测试：
首先新建一个项目，对待测试的方法所在的项目添加引用,

编写代码，测试ClassLib项目中Calculator类中的DoubleValue()方法

测试DoubleValue(int value),该函数是求一个数的二倍，给其一个参数value=2,则期望其得到的结果是4，若是其他值则说明函数编写是错误的，测试不通过。若是该函数的运行结果和期望的结果一样则运行通过

public static void CalculatorDoubleValueTest()
{  
    //生成一个测试对象的实例
    Calculator obj = new Calculator();
    //设计测试案例
    int value = 2;
    int expected = 4;
        
    //与预期比较
    if (expected == obj.DoubleValue(value))
    {
        Console.WriteLine("测试通过");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine($"测试未通过,测试的实际结果是{obj.DoubleValue(value)}");
    }
    Console.ReadKey();
}

通过上面的示例，简单的演示了单元测试是什么，但是实际中一般都是使用已有的单元测试框架。而且测试一个方法为了完备性一般都要到所有的逻辑路径进行测试，所以会对一个方法写多个测试方法。

3.2单元测试框架MSTest

单元测试一般都是使用现成的单元测试框架，关于.net的单元测试框架有许多，常见的有NUnit,MSTest等等。

这里使用VS自带的MStest框架做简单的演示（一般推荐使用NUnit框架：Undone）

演示的案例，继续对上述的Calculator类中的DoubleValue()进行单元测试

注意：通常的做法是为每个被测项目建立一个测试项目，为每个被测类建立一个测试类，并且为每个被测方法至少建立一个测试方法。

新建项目—>选择测试类项目中的单元测试项目，命名为”被测试项目名+Tests”

测试类的命名为“被测试的类+Tests”

测试函数的命名按照 ：**[被测方法]_ [测试场景]_[预期行为]** 格式命名

  • 方法名——被测试的方法
  • 测试场景——能产生预期行为的条件
  • 预期行为——在给定条件下，期望被测试方法产生什么结果

当然在VS中也可以在想要测试的函数上右键，创建单元测试，弹出如下窗口，直接点击确定即可,即可生成默认的单元测试代码模版

关于C#程序的单元测试

这里先使用默认自带的MSTest框架，使用默认的命名格式，会自动生成相应的测试项目和测试函数格式。

编写单元测试的代码，一般按照以下四步编写:

Arrange:配置测试对象

TestCase:准备测试案例

Act:操作测试对象

Assert:对操作断言

//注意 [TestClass]和[TestClass()]，[TestMethod()]和[TestMethod]写法等价
namespace ClassLib.Tests
{
    [TestClass()]//通过标注该特性标签表明该类为测试类
    public class CalculatorTests
    {
        [TestMethod()]//通过标注该特性标签表明该函数为测试函数
        public void DoubleValueTest_DoubleValue_ReturnTrue()
        {
            //Arrange:准备，实例化一个带测试的类
            Calculator obj = new Calculator();

            //Test Case:设计测试案例
            int value = 2;
            int expected = 4;

            //Act：执行
            int actual = obj.DoubleValue(value);

            //Assert：断言
            Assert.AreEqual(expected, actual);
        }
    }
}

点击测试–>运行–>所有测试
或点击测试–>窗口–>测试资源管理器–>运行所有测试

关于C#程序的单元测试

上面运行显示测试通过显示的是绿色的标志，若是测试不通过则会则显示红色标志，在单元测试中有一种“红绿灯”的概念（你是使用其他的单元测试框架也是同样的红绿标志）。

在测试驱动开发的流程中，就是“红灯–>修改–>绿灯–>重构–>绿灯”的开发流程。

注意：我是使用的不是VS Enterprise版本故无法直接查看代码的测试覆盖率，可以使用插件OpenCover或NCover等其他工具查看单元测试的覆盖率。

上面只是演示了怎么进行一次单元测试，但是实际中我们的测试案例不能仅仅一个，所以要添加多个测试，以提高到测试的完备性

若是对需要大量测试案例的，可以把测试数据存放在专门的用于测试使用的数据库中，在测试时通过连接数据库，使用数据库中的数据进行测试

依旧是上面的示例，把大量的测试案例存放在数据库

Id                   Input       Expected
-------------------- ----------- -----------
1                    2           4
2                    6           12
3                    13          26
4                    0           0
5                    -2          -4

单元测试的代码如下

 public TestContext TestContext { get; set; }//注意为了获取数据库的数据，我们要自定义一个TestContext属性
[TestMethod()]
[DataSource("System.Data.SqlClient",
            @"server=.;database=db_Tome1;uid=sa;pwd=shanzhiming",//数据库连接字符串
            "tb_szmUnitTestDemo",//测试数据存放的表
            DataAccessMethod.Sequential)]//对表中的数据测试的顺序，可以是顺序的，也可以是随机的，这里是我们选择顺序
public void DoubleValueTest_DoubleValue_ReturnTrue()
{
    //Arrange
    Calculator target = neCalculator();
    //TestCase
    int value = Convert.ToInt(TestContext.DataR["Input"]);
    int expected Convert.ToInt(TestContext.DataR["Expected"]);
    //Act
    int actual target.DoubleValu(value);
    //Assert
    Assert.AreEqual(expected, actual);
}

说明：

  1. 特性标签[TestClass] [TestMethod]

    MSTest框架通过标签识别并加载测试

    [TestClass]用来标识包含一个MSTest自动好测试的类，

    [TestMethod]用来标识需要被调用的自动化测试的方法

  2. 特性标签[DataSource]标识用来测试的数据源，其的参数如下：

    • 第一个参数是providername，即使用的数据源的命名空间，其实我们也是可是使用Excel表格的（菜单“项目”–>添加新的数据源……）参考：CSDN:vs2015数据驱动的单元测试

      providername值参考：

      • "system.data.sqlclient" —-说明使用的是mssqlserver数据库

      • "system.data.sqllite" —-说明使用的是sqllite数据库

        Java框架之SpringMVC 05-拦截器-异常映射-Spring工作流程

      • "system.data.oracleclient" —-说明使用的是oracle数据库或

      • "mysql.data.mysqlclient" —-说明使用的是mysql数据库

    • 第二个参数是connectionString，我习惯是这样写：

      @"server=.;database=数据库;uid=用户ID;pwd=密码"

      但是推荐这样写：

      @"Data Source=localhost;Initial Catalog=数据库;User ID=用户ID;Password=密码"

    • 第三个参数是tablename,选择使用的数据库中的哪张表

    • 第四个参数确定对表中的数据测试的顺序.
      可以是顺序的：DataAccessMethod.Sequential，
      可以是随机的:DataAccessMethod.Random

4.单元测试框架特性标签

在MSTest单元测试框架中主要有以下的一些特性标签：

(参考)

MS Test Attribute 用途
[TestClass] 定义一个测试类，里面可以包含很多测试函数和初始化、销毁函数（以下所有标签和其他断言）。
[TestMethod] 定义一个独立的测试函数。
[ClassInitialize] 定义一个测试类初始化函数，每当运行测试类中的一个或多个测试函数时，这个函数将会在测试函数被调用前被调用一次（在第一个测试函数运行前会被调用）。
[ClassCleanup] 定义一个测试类销毁函数，每当测试类中的选中的测试函数全部运行结束后运行（在最后一个测试函数运行结束后运行）。
[TestInitialize] 定义测试函数初始化函数，每个测试函数运行前都会被调用一次。
[TestCleanup] 定义测试函数销毁函数，每个测试函数执行完后都会被调用一次。
[AssemblyInitialize] 定义测试Assembly初始化函数，每当这个Assembly中的有测试函数被运行前，会被调用一次（在Assembly中第一个测试函数运行前会被调用）。
[AssemblyCleanup] 定义测试Assembly销毁函数，当Assembly中所有测试函数运行结束后，运行一次。（在Assembly中所有测试函数运行结束后被调用）
[Ignore] 跳过（忽略）该测试函数
[TestCategory(“测试类别”)] 给测试自定义分类，便于有选择的运行指定类别的单元测试

说明：

  • 使用[ClassInitialize]和[ClassCleanup]标签特性

    可以在测试之前或之后方便地控制测试的初始化和清理，从而确保所有的测试都是使用新的未更改的状态。

    注意，这是很有必要的，可以有效的防止测试失败是因为测试之间的依赖性导致失败。

    注意两个标签特性需要放在一个无返回值的静态方法上,

    且标注[ClassInitialize]特性的方法的参数是：TestContext testcontext

    示例：比如说在一个测试类初始化一个测试对象，并在测试完成后释放，代码如下：


[TestClass()]
public class CalculatorTests
{
    //使用ClassInitialize标签初始化一个Calculator对象以供下面所有的测试([ClassCleanup]之前）使用
    private static Calculator calc = null;
    [ClassInitialize]
    public static  void  ClassInit(TestContext testcontext)
    {
        calc = new Calculator();
    }

    [TestMethod()]
    public void testMethod1()
    {
         //测试
    }
    [TestMethod()]
    public void testMethod2()
    {
        //测试
    }
    [TestMethod()]
    public void testMethod3()
    {
        //测试
    }
     
    [ClassCleanup]
    public static  void Classup()
    {
        calc = null;
    }
}

5.单元测试中的断言Assert

  1. 断言是什么？可以从字面理解是“十分肯定的说”，在编程中可以通过 不同的断言来测试方法实际运行的结果和你期望的结果是否一致。

  2. 断言是单元测试最基本的组成部分，Assert类的静态方法提供了不同形式的多种断言。
    MStest中Assert的常用静态方法：(参考)：

    MS Test Assert 用途
    Assert.AreEqual() 验证值相等
    Assert.AreNotEqual() 验证值不相等
    Assert.AreSame() 验证引用相等
    Assert.AreNotSame() 验证引用不相等
    Assert.Inconclusive() 暗示条件还未被验证
    Assert.IsTrue() 验证条件为真
    Assert.IsFalse() 验证条件为假
    Assert.IsInstanceOfType() 验证实例匹配类型
    Assert.IsNotInstanceOfType() 验证实例不匹配类型
    Assert.IsNotNull() 验证条件为NULL
    Assert.IsNull() 验证条件不为 NULL
    Assert.Fail() 验证失败

  3. 针对字符串的断言，使用StringAssert的静态方法：

    注意可以根据VS的只能提示自行查看StringAssert的所有静态方法，或是查看StringAssert的定义，可以查看其所有的静态方法

    详细使用可参考

    StringAssert 用途
    StringAssert.AreEqualIgnoringCase(string expected,string actual) 用于断言 两个字符串在不区分大小写情况下是否相等,需要提供两个参 数,第一个是期待的结果,第二个是实际结果.
    StringAssert.Contains() 用于断言一个字符串是否包含另一字符串,其中第一个参数为被包含的字符串,第二个为实际字符串
    StringAssert.StartsWith() 断言字符串是否以某(几)字符开始, 第一个参数为开头的字符串 ,第二个为实际字符串
    StringAssert.EndsWith() 断言字符串是否以某(几)字符结束
    StringAssert.Matches() 断言字符串是否符合特定的正则表达式

  4. 针对集合的断言，使用CollectionAssert的静态方法：

    注意可以根据VS的只能提示自行查看CollectionAssert所有的静态方法，或是查看CollectionAssert的定义，可以查看其所有的静态方法

    详细使用可参考

    CollectiongAssert 用途
    CollectionAssert.AllItemsAreNotNull 断言集合里的元素全部不是Null,也即集合不包含null元素,这个方法只有一个参数,传入我们要判断的集合即可
    CollectionAssert.AllItemsAreUnique 断言集合里面的元素全部是惟一的,即集合里没有重复元素.
    CollectionAssert.AreEqual 用于断言两个集合是否相等
    CollectionAssert.AreEquivalent 用来判断两个集合的元素是否等价,如果两个集合元素类型相同,个数也相同,即视为等价,与上面的AreEqual方法相比,它不关心顺序
    CollectionAssert.Contains 断言集合是否包含某一元素
    CollectionAssert.IsEmpty 断言某一集合是空集合,即元素个数为0
    CollectionAssert.IsSubsetOf 判断一个集合是否为另一个集合的子集,这两个集合不必是同一类集合(可以一个是array,一个是list),只要一个集合的元素完全包含在另一个集合中,即认为它是另一个集合的子集

6.单元测试中验证预期的异常

若是程序中在某种特定的条件下有异常抛出，为了进行单元测试，我们设计指定的测试案例，期望在该测试案例程序抛出异常，并检验其是否抛出异常。

简单示例：

/// <summary>
/// 计算从from到to的所有整数的和
/// </summary>
public int Sum(int from, int to)
{
    if (from > to)
    {
        throw new ArgumentException("参数from必须小于to");
    }
    int sum = 0;
    for (int i = from; i <= to; i++)
    {
        sum += i;
    }
    return sum;
}

在程序中，若是参数from >to则抛出异常new ArgumentException("参数from必须小于to");

为了检验该程序在该条件下是否真的会抛出异常，可以创造测试案例from=100 > to=50
期望Sum()函数代码中执行：throw new ArgumentException("参数from必须小于to");，所以我们要测试期望抛出的异常ArgumentException。

使用标签[ExpectedException(typeof(“抛出的异常对象”))]

单元测试代码：

       
//异常测试，添加ExpectedException
[TestMethod]
[ExpectedException(type(ArgumentException))]
public void SumTest_ArgumentException_TrowException()
{
    Calculator bjCalcultor = new Calculator();
    int from=100,to=50；
    calc.Sum(from, to);
}

因为程序抛出了我们期望的异常，所以该测试通过。如若程序没有抛出该异常则测试失败。

关于C#程序的单元测试

7.单元测试中针对状态的间接测试

  • 基于状态的测试（也称状态验证），是指在方法执行之后，通过检查被测系统及其协作者（依赖项）的状态来检测该方法是否正确工作。

  • 简单示例：

    下面的方法isLastFilenameValid(string filename)在运行后会改变类中属性wasLastFileNameValid的值

//用于存储状态的结果用于以后的验证
public bool wasLastFileNameValid { get; set; }
//判断输入的字符串是否是.txt文件名
public bool isLastFilenameValid(string filename)
{
   if (!(filename .ToLower()).EndsWith("txt"))
   {
       wasLastFileNameValid = false;
       return false ;
   }
   else
   {
       wasLastFileNameValid = true;
       return true;
   }
}

  • 单元测试函数：

    该测试是测试isLastFilenameValid()，

    因为该函数是把结果赋值给类中属性wasLastFileNameValid，

    所以此处验证的是Calculator类中属性wasLastFileNameValid是否符合我们的期望，

    而不是简单的验证isLastFilenameValid(）的返回值是否符合我们的期望。

[TestMethod()]
public void isLastFilenameValid_ValidName_ReturnTrue()
{
    Calculator calc = new Calculator();
    string fileName = "test.txt";
    calc.isLastFilenameValid(fileName)
    Assert.IsTrue(calc.wasLastFileNameValid);
  
}

8.单元测试在MVC模式中的实现

参考

  • 因为MVC模式中的Controller类中的Action的返回值是和普通类的方法不一样的，

    Action的返回值是ActionResult类型的，其子类又有许多，

    具体怎么实现对MVC模式的单元测试呢？请看一个简单的示例：

    代码背景：在一个MVC项目中的HomeController控制器中有一个Action是Index()

    首先先定义一个Person类其中有Id和Name两个属性

    Action如下：

      public class HomeController : Controller
  {
      // GET: Home
      public ActionResult Index()
      {
          return View("Index",new Person { Id = 001, Name = "shanzm" });
      }
  }

    对上面的HomeController中的Index()进行一个简单的单元测试

    新建一个单元测试项目（或者在创建MVC项目的时候选中单元测试的按钮，则自动生成一个单元测试项目）

    注意一定要先安装MVC的程序集，NuGet:Install-Package Microsoft.AspNet.Mvc -Version 5.2.3

      [TestMethod()]
  public void Index_Index_ReturnTrue()
  {
      //Arrage:准备测试对象
      HomeController hcont = new HomeController();
      //Act:执行测试函数
      ViewResult  result =(ViewResult)hcont.Index();
      var viewName = result.ViewName;
      Person model = (Person)result.Model;
      //Assert:断言符合期望
      Assert.IsTrue(viewName == "Index" && model.Id == 001 && model.Name == "shanzm"&& );
  }

说明：

  1. 如果View()函数没指定视图，而是使用默认的视图，则视图名为空，所以如果名称不写的时候我们可以断言ViewName是空。

  2. 注意在Action中的ViewBag传递的数据在单元测试中需要通过ViewData方式获取（因为ViewBag是对ViewData的动态封装，在同一个Action中二者数据相通，此乃ASP.NET MVC的基础，不详述）

  3. 其实呀，MVC模式作为UI层，有许多东西其实是很难（但不是不可以）模拟对象去进行单元测试的，一般其实不推荐做过多的单元测试。（注意不是不做，是不做过多过复杂的单元测试）

8.单元测试相关参考

书籍：.NET 单元测试的艺术

书籍：单元测试之道C#版

微软：dotnet文档

博客园：对比MS Test与NUnit Test框架

博客园：.net持续集成测试篇之Nunit文件断言、字符串断言及集合断言

博客园：.netcore持续集成测试篇之MVC层单元测试

9.示例源代码下载

示例源代码下载

【红外DDE算法】聊聊红外图像增强算法的历史进程（第一回）

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